Mogelijke researchagenda voor Intelligent Design

Door prof. dr. Cees Dekker, hoogleraar Moleculaire Biofysica, TU Delft

Even kort vooraf: ID is in mijn visie niet een god-van-de-gaten, een ander woord voor dit-weet-ik-nog-niet-dus-noem-ik-het-maar-ontwerp. ID is ook niet een ad hoc schepping door God die op discrete momenten van de tijd even ingrijpt in de evolutie. Dit is een fout beeld is waar je wetenschappelijk volstrekt niets mee kunt.

ID is de idee dat er een ontwerp ten grondslag ligt aan sommige structuren in de natuur en dat dit valt aan te tonen op basis van wetenschappelijke methoden.¹ Merk op dat ‘God’ niet voorkomt in deze definitie.

Op grond van de specifieke complexiteit van biologische systemen menen ID- wetenschappers dat de conclusie van een intelligent ontwerp in bepaalde gevallen onontkoombaar is. Deze complexiteit is zichtbaar in zowel de modulaire structuur als de informatie-inhoud van levende systemen en processen. Het eerste zou men kunnen vergelijken met ‘hard wired’ technische systemen, zeg een vliegtuig, het tweede met een besturingssysteem zoals vastgelegd in een computercode. Levende organismen blijken verweven te zijn met informatie en informatieoverdracht. ID vraagt centrale aandacht voor die informatie en de vraag hoe deze gegenereerd wordt.

Complexiteit

Cruciaal voor ID-onderzoek is het ontwikkelen en toepassen van objectieve en betrouwbare methoden waarmee je het bestaan van een ontwerp kunt verifiëren of falsificeren. Hoe stel je vast dat iets ontworpen is? Binnen de biologie maar ook de geologie zien we soms tenslotte ingewikkelde patronen die toch verklaarbaar zijn door toeval of natuurwetten.

Kepler meende bijvoorbeeld dat de kraters op de maan ontworpen waren, maar wij weten nu wel beter. Hoe voorkomen we zo’n foutieve gevolgtrekking? Met inzichten uit de informatietheorie heeft wiskundige William Dembski laten zien dat een informatie-bevattend proces of object noodzakelijkerwijs de eigenschappen complexiteit en specificiteit kent². Deze eigenschappen, vastgelegd in structuur en semantische informatie-inhoud, beschrijven gezamenlijk het ontwerp van het systeem.

Specificiteit duidt op een vastgelegd patroon dat zorgt voor de functionaliteit. Complexiteit duidt er op dat het proces/object niet simpelweg voorspelbaar is en dat het een absoluut verwaarloosbare kans (zeg kleiner dan 10-100) heeft om door toeval te ontstaan. Zulke specifieke complexiteit kan niet worden verklaard door een natuurwet of toevalsprocessen, en in onze ervaring is een externe intelligentie de enige oorzakelijke bron die wij hiervoor kennen.

De moderne techniek biedt tal van voorbeelden waarbij ‘intelligentie’ is ingebouwd (space shuttle, een computerchip). Dembski’s complexe specificiteit is een concreet criterium voor het vaststellen van ontwerp. Nader onderzoek betreft mogelijke verfijning van de methode³ en toepassing op concrete biologische systemen om ID te toetsen.

Concrete testobjecten vinden we in de celbiologie. Biochemicus Michael Behe heeft gewezen op onherleidbaar complexe systemen die een set bevatten van meerdere, goed in elkaar passende en met elkaar wisselwerkende onderdelen die elk onmisbaar zijn voor de originele basisfunctie.⁴ Verwijderen van één van de onderdelen heeft tot gevolg dat het hele systeem niet meer werkt.

Zweepstaart

De zweepstaartmotor van een bacterie is het typische voorbeeld. Door zijn onherleidbaar complexe structuur vormt het een probleem voor een direct darwiniaans scenario van voortschrijdende graduele evolutie, omdat het al zijn componenten tegelijk nodig heeft voor een functie waarop geoptimaliseerd kan worden door natuurlijke selectie. Nader onderzoek is nodig om vast te stellen of concrete biomoleculaire systemen herleidbaar complex, dan wel onherleidbaar complex zijn. Tot hoever kunnen systemen worden gereduceerd zonder hun functionaliteit te verliezen? Zulk onderzoek zal het karakter hebben van reverse engineering van de structuur en functie van eiwitcomplexen.

Biologisch ID-onderzoek betreft logischerwijs vooral de evolutiebiologie. Een kernvraag betreft de veranderbaarheid van een systeem. Welk evolutionair potentieel en welke evolutionaire grenzen kent een systeem? Wat is de creatieve, innovatieve kracht van het darwiniaanse principe van selectie en toevallige variatie, en wat zijn haar grenzen? Zijn er ook gevallen waar de veranderbaarheid is ingeprogrammeerd in het biologische systeem? Wat zijn de mogelijkheden en begrenzingen van evolutie van een concreet eiwitsysteem door mutatie en selectie?

Kansrekening speelt hierin een belangrijke rol. Wat is de kans dat een nieuw (deel van een) eiwit ontstaat? Welke aminozuursequenties leveren functie op? Het antwoord laat zich vergelijken met het maximale aantal mogelijkheden in de beschikbare tijd. Als de kans hoog is, levert het kans/selectiemechanisme een goede verklaring; zo niet, dan niet. Eerste berekeningen laten zien dat functionele eiwitten zeer infrequent voorkomen.⁵

Dit type onderzoek grenst aan reeds lopend onderzoek op het gebied van directed evolution en de novo eiwitontwerp. ID stimuleert het zoeken naar niet-random mutaties, voorgeprogrammeerde variabiliteit en mutational hot spots als mogelijkerwijs ontworpen lange-termijn-overlevingsstrategieën. De mogelijke functie van ‘junk-DNA’ is ook een voorbeeld waar ID een zoektocht naar functie in de junk stimuleert, terwijl een darwinistisch perspectief leidt tot de suggestie dat het een functieloos rudiment is. Er zijn aanwijzingen dat junk-DNA inderdaad meer functie heeft dan verwacht.⁶

Kunnen we de principes van evolutionaire computers en ingeprogrammeerde variabiliteit gebruiken om complexiteit te genereren en hoe vindt uitwisseling plaats tussen complexe specificiteit in het evolutionair algoritme naar het gerealiseerde eindproduct? Kunnen we iets leren uit de basisprincipes van technologische evolutie in industriële producten waar je zowel evolutionaire ontwikkeling als revolutionaire innovaties ziet? Ervaring uit industrieel ontwerp kan waarschijnlijk ook methoden aanreiken die aangeven in welke mate een ontwerp optimaal is, en zulke standaarden zouden kunnen worden toegepast op biochemische systemen.

De oorsprong van het leven is een onopgeloste wetenschappelijke vraag van grote interesse. Zelfs de allersimpelste cellen vertonen een enorme complexiteit.⁷ Hoe is zo’n eerste cel ooit ontstaan? Hoe kwantificeer en objectiveer je de semantische informatie-inhoud? Wat zijn de ontwerpprincipes in de architectuur van de cel? Welke innovaties zijn nodig bij het realiseren van een complex systeem? ID stimuleert om meer te denken vanuit engineering concepten dan vanuit een samenraapsel dat door toeval bij elkaar geplaatst is. Waar darwinistische scenario’s meer tot organisch groeiende complexe netwerken leiden, suggereert ID een ontwerp van functionele modules die met elkaar wisselwerken. Er zijn aanwijzingen voor zo’n structuur.⁸

Ook interessant is onderzoek naar de afbakening van teleologie en autonomie in de natuur. Biologen spreken meer dan ze zich realiseren in teleologische ontwerpvragen rond functie en doel van moleculaire systemen. Een voorbeeld van een ID-geïnspireerd resultaat is het werk van Denton et al., die eiwitvouwing beschrijven binnen een platonische idee van ideale vormen.⁹ Ook is de verrassend hoge frequentie van convergentie op vele plekken in de natuur opmerkelijk.¹⁰ Hoe verklaren we dit? Tenslotte is het interessant om antropische coïncidenties in de biologie¹¹ nader te omschrijven en kritisch te beschouwen: wat is de speelruimte van parameters die biologisch leven op aarde toelaten?

Luis in de pels

Critici hebben er terecht op gewezen dat er tot nog toe weinig specifiek ID-onderzoek was. Bovenstaand heb ik wat ideeën voor onderzoek aangeduid – deels reeds lopend, deels met een nieuw accent – waar de idee van ontwerp vruchtbaar zou kunnen zijn. De tijd zal het leren. Een sceptische houding met een open oog voor nieuwe concepten lijkt mij de gezonde benadering voor zulk ID-onderzoek (en voor wetenschap in het algemeen). Ik verwacht dat critici zullen klagen dat bovenstaand lijstje ‘helemaal niet nieuw’ is. Dat is waar en niet waar: niet waar omdat een ID-insteek wel degelijk een andere benadering stimuleert; maar ook wel waar omdat het in de praktische uitvoering science as usual zal zijn. Een andere relativering is dat voor 99 procent van het biologisch onderzoek de vraag in de praktijk helemaal niet speelt, of toeval of ontwerp ten grondslag ligt aan de evolutie. Maar de 1 procent die overblijft is zeker interessant en van eminent belang.

Een slotopmerking: ID heeft tevens een waardevolle rol als lastige luis in de pels van het darwinisme, door het kritisch uitdagen van evolutionaire claims en scenario’s, waardoor – geheel in stijl – de zwakkere zullen worden weggewied en de sterkere in kracht zullen winnen.

Ik denk dat darwinistische evolutie op de lange termijn sterker onderbouwd zou kunnen worden door de uitdagingen van ID, hoewel waarschijnlijk met wat bescheidener claims en een nauwkeuriger scheiding van wetenschap en metafysica.

Voetnoten bij artikel Cees Dekker

1. Dembski & Ruse (2004) Debating Design, from Darwin to DNA; Dembski (2004) The Design Revolution 2. Dembski (2002) No Free Lunch 3. Ratzsch (2001) Nature, Design and Science 4. Behe (1996) Darwin’s black box 5. Axe, J. Molec. Biol. (2000); Axe, J. Molec. Biol (2004) 6. Johnston & Stormo, Science (2003); Makalowski, Science (2003) 7. Koonin, Nature Rev. Microbiol. (2003) 8. Alon, Science (2003) 9. Denton & Marshall, Nature (2001); Denton, Marshall & Legge, J. Theor. Biol. (2002) 10. Conway Morris (2003) Life’s solution. 11. Denton (1998) Nature’s Destiny.

‘Natuur is stupid design’

Door prof. dr. Piet Borst, em. hoogleraar NKI Amsterdam

Dit is geen onderzoeksprogramma dat ID kan toetsen. Concrete proeven ontbreken grotendeels. De herhaling van oudbakken ideeën van ID guru’s Dembski en Behe helpt ons niet verder. Dembski is een theoreticus, wiens ideeën weerlegd zijn¹; proeven heeft hij nooit gedaan of voorgesteld.

Behe heeft de onherleidbaar complexe systemen bedacht, waarvan er inmiddels enkele, zoals de bloedstolling, uit de discussie zijn verdwenen, omdat er goede scenario’s zijn voor een stapsgewijs ontstaan.² Eukaryotische evolutie is goed te reconstrueren en daarom geen vruchtbare bodem voor ID. Vandaar het terugvallen op bacteriële zweepstaarten. De reverse engineeringvan staarten die Dekker voorstelt, is niet uitvoerbaar. Je kunt uit een complex uitontwikkeld systeem geen onderdelen verwijderen, zoals je ook niet uit een huis, dat steen voor steen is opgebouwd, de onderste stenen kunt halen. Wel denk ik dat bij eukaryoten die zweepstaartevolutie te reconstrueren zal zijn door voor de hand liggende proeven, die Dekker helaas niet voorstelt.

Waar Dekker concreter wordt, verliest hij de grens tussen ontwerp en evolutiemodel uit het oog. Er is niets in het aangehaalde werk van Axe dat niet past in het gangbare evolutiemodel, zoals Axe ook zelf beklemtoont. Dat ID ‘het zoeken stimuleert naar voorgeprogrammeerde variabiliteit als mogelijkerwijs ontworpen lange-termijn overlevingsstrategieën’ is mooi, maar met ontwerp heeft het niets te maken. Ik werk al 27 jaar aan voorgeprogrammeerde variabiliteit, die nu eenmaal een klassiek Darwinistische overlevingsstrategie is van veel pathogene bacteriën en protozoën: antigene variatie en fase variatie heet dat.³ Wat is het voorstel, Cees?

Dat ‘een Darwinistisch perspectief leidt tot de suggestie dat junk DNA een functieloos rudiment is’ zal geen bioloog beamen. De evolutie volgens neo-Darwinistisch model is knutselwerk en daarbij is rommel in het genoom essentieel uitgangsmateriaal: toevallige genduplicaties of in het genoom landende retrovirussen worden gebruikt als uitgangspunt voor volstrekt nieuwe functies: denk aan de ooglens, opgebouwd uit een ratjetoe van eiwitten, die al voor andere functies beschikbaar waren⁴; denk aan ons schitterende immuunsysteem, waarvan de diversiteit gedreven wordt door een transposase/ recombinase afkomstig uit een retrovirus.⁵

Is convergente evolutie verrassend? Natuurlijk niet. Iedere nieuwe niche creëert nieuwe selectie. Als er beesten ontstaan met bloed, volgt een orgie van convergente evolutie, waarin allerlei insecten spuug ontwikkelen dat bloed onstolbaar houdt.⁶ Niks ontwerp. Ogen zijn nuttig en daarom een aantal malen in de evolutie ontstaan, maar ze verdwijnen weer even makkelijk wanneer hun nut verdwijnt, in diepzee of donkere grotten. Rudimentaire ogen resteren, niet bepaald een toonbeeld van intelligent design. Dat is trouwens een goede toetssteen: Darwinistisch knutselen leidt niet tot perfectie, het leidt tot “goed genoeg”. Ontwerp zou volgens Behe wel tot perfectie moeten leiden, maar hoe meer we leren over de natuur, hoe meer we de compromissen zien, die knutselaars nu eenmaal moeten accepteren. Neem de aanmaak van mitochondriën en chloroplasten, één van de meeste irrationele en inefficiënte processen in de natuur.[7-9] Stupid design! Alleen nu we weten hoe die organellen uit endosymbionten zijn ontstaan – en daar zou ik een Bionieuws mee kunnen vullen – begrijpen we hoe de cel in deze doodlopende straat terecht is gekomen en zo’n domme procedure gebruikt: ID weerlegd?!

Voetnoten bij artikel Piet Borst

1. Intelligent design creationism and its critics Ed.R.T. Pennock, MIT Press, 2001 2. Davidson et al., 450 million years of hemostasis, J Thromb Haemast. 2003, 1: 1487-94 3. Borst P. Mechanisms of antigenic variation: an overview. In: Antigenic variation. Eds. Craig and Scherf. Elsevier. London, 2003 4. Intelligent design. NRC column P. Borst, 8/3/2003 5. Een nuttige parasiet. NRC column P. Borst, 28/11/1998 6. Geraffineerd spuug. NRC column P. Borst, 15/11/2003 7. Vreemde eend in de cel. NRC column P. Borst, 14/12/1995 8. Studeer biologie! NRC column P. Borst, 2/1/1999 9. Evolutie, malaria en toxoplasmose. NRC column P. Borst, 20/9/2003

‘Zweepstaart wankelt’

Door prof. dr. Edi Gittenberger, Instituut Biologie Leiden, Universiteit Leiden

Intelligent Design (ID) is geen nieuw concept. Ook William Paley zag in 1802 (‘Natural Theology’) ‘design’ in de natuur, in een vogelvleugel, in het oog. Voor hem was dat een regelrechte verwijzing naar een designer, dus Goddelijk Design (GD). GD en ID gaan probleemloos in elkaar over. De moderne ID-er gebruikt alleen andere voorbeelden dan Paley. Het onderzoek levert immers naast oplossingen ook steeds weer nieuwe problemen op. Wodan die donder en bliksem veroorzaakt, een Opperwezen dat een zweepstaartmotor ontwerpt, daar zitten eeuwen tussen, maar een principieel verschil is er niet.

De wiskundige Dembski – hij is niet alleen als wetenschapper actief - herleidde biologische systemen tot rekenmodellen waaruit vervolgens ‘bleek’ wat hij graag wilde zien. In samenwerking met Leidse mathematici bleek me ooit dat zelfs een relatief eenvoudig biologisch fenomeen als soortvorming, waarvan we alle stadia om ons heen kunnen waarnemen, niet in een mathematisch model te benaderen valt zonder tal van discutabele vereenvoudigingen. Een reductie van het uiterst complexe evolutionaire proces, met volgens ID-ers onherleidbaar complexe systemen, tot een spel van knikkers en dobbelstenen lijkt me dan ook onmogelijk.

Paley zag de vogelvleugel als onverklaarbaar zonder ‘designer’. Het oog werd lange tijd als onherleidbaar complex genoemd. Dekker verwijst nu naar de ‘zweepstaartmotor’, een ontwerp dat volgens hem niet door toevallige mutaties en selectie tot stand gekomen kan zijn. Maar ook de zweepstaart wankelt inmiddels als voorbeeld; ook daarvan zijn varianten bekend. Je kunt wel degelijk stukjes uit het geheel verwijderen zonder dat het systeem totaal niet meer werkt. Daarbij denk ik ook aan de experimenten met zogenaamde ‘knock-out’s’, waarbij stukken DNA worden uitgeschakeld. Lang niet altijd gaat dan alles mis. En waarom blijven we niet gewoon bij het oog? Is dat geen voorbeeld (meer) van ID en de zweepstaart (nog) wel? Het doel wordt door de ID-ers steeds verder naar achteren geschoven naarmate de wetenschap vordert en het wordt dus nooit bereikt. Het moeilijkste geval wordt geselecteerd om een daarmee samenhangend probleem op te lossen. Een onbegrijpelijke startstrategie.

Waar Dekker met de verwijzing naar junk-DNA op doelt is me onbekend. Veel van dergelijk DNA is van virale oorsprong. Dat valt moeilijk te rijmen met ID. Ook aan regulatorgenen, genduplicatie, (endo)symbiose, ‘constraints’ (niet alles is mogelijk), wordt in het kader van variatie en toenemende complexiteit gedacht, maar Dekker lijkt dat te negeren. Experimenten naar ‘veranderbaarheid’ werden en worden al uitgevoerd. Foutjes in het ID krijgen geen aandacht van Dekker, hoewel we toch mutaties kennen, kanker, aids, en nog zo wat.

Veel biologen maken zich inderdaad schuldig aan teleologisch taalgebruik waar het evolutie betreft. Variatie, fenotype, genotype, selectie, dat is hen bekend, maar ze formuleren slordig. Een populatie adapteert zich niet, maar raakt geadapteerd. Het is duidelijk dat Dekker deze slordigheid verkeerd interpreteert.

We zien bij de ID-beweging het oeroude zoeken naar Godsbewijzen. Ik ben geen atheïst. De wetenschap ontmaskert in mijn visie het bijgeloof en maakt de essentie van de religie beter zichtbaar. De ongelovige Thomas is echter van alle tijden.